[发明专利]基于图像处理技术的煤矿井下钻孔深度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术，具体涉及基于图像处理技术的煤矿井下钻孔深度测量方法。

背景技术

瓦斯一直是煤矿安全生产的重大隐患。对瓦斯矿井而言，煤矿生产过程中的最大安全隐患是瓦斯事故。我国1990年到2000年一次死亡3人以上重大瓦斯事故所占比例逐年上升，最高达到45.61％，1996年以后一直保持在40％以上。因此，瓦斯事故是我国煤矿安全事故居高不下的主要矛盾，有效控制瓦斯事故是解决我国煤矿安全问题的关键。由于瓦斯事故的危害极大，消除瓦斯事故隐患需要花费较多的时间和费用，对高瓦斯突出矿井，机械化采掘设备很难发挥效用，煤巷掘进速度通常都难以超过100m/月，回采工作面产量通常难以超过100万t/a。因此，瓦斯灾害事故的威胁也极大限制了煤矿生产规模、生产效率和经济效益的提高。瓦斯灾害的有效控制是保证我国煤炭工业可持续发展的一个关键性问题。

因此对煤矿瓦斯进行综合治理尤为重要，目前应用较广、效果较好的技术是瓦斯抽采技术。瓦斯抽采是煤矿防止瓦斯突出的主要手段。目前对于钻孔深度的测量还停留在随钻测量的方法，事后监督无法进行。而对于打钻后的测量仍然采用人工方法，存在安全隐患。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明采用图像处理技术，自动应用钻杆计数算法，测量打钻过程中打入钻杆的数量，并根据钻杆数量来计算出钻孔深度，避免了人为因素造成的测量错误，可以实时或事后处理数据，并且测量的安全性好，解决了重大的安全隐患。

本发明的技术方案是：基于图像处理技术的煤矿井下钻孔深度测量方法，包括以下步骤：

步骤一，根据视频的帧率数自动计算钻头钻入过程的帧数FramIn＝打钻需时间(s)*视频帧率(帧/s)，以及退出过程的帧数FrameOut＝退钻所需时间需时间(s)*视频帧率(帧/s)；

步骤二，选择打钻的钻头矩形框作为目标模板，记录下目标矩形框的位置和大小以及钻头的目标图像；

步骤三，依据均值漂移目标跟踪算法采用核函数加权的特征直方图来描述目标模板，在每帧中对目标模板模型和候选目标模型进行相似性度量，并沿着核直方图相似性的梯度方向迭代搜索目标位置，实现目标跟踪；所述目标跟踪就是根据上一帧的钻头目标位置y₀，在当前帧中寻找使距离最小或者相似性系数最大的位置y₁.在核窗宽确定的条件下，获得目标模版p和候选目标模版q的和直方图模型后，模型之间的匹配距离定义为其中ρ为Bhattacharyya系数，通过不断地沿着相似性度量的梯度方向移动到新的位置直至收敛，得到当前新的位置；

步骤四，钻井过程中钻头的运动为不断抖动着前进与后退，所以对跟踪结果的距离轨迹先采用中值平滑处理，平滑后某时刻t的偏移距离为d′(t)＝med{d(t-k，t+k)}，其中k为滤波尺寸参数，通过寻找平滑后的目标模板偏移距离的显著跳跃点判断单次钻杆运动的划分，整个运动曲线呈现为反复的Z字型，显著跳跃的判断标准定义为判断点的前后一定范围内三平均偏移距离大于整个运动轨迹(即钻杆长度)的2/3，即，即满足同时需满足两次连续跳跃的时间差符合设定的时间要求，即满足T_i+1-T_i＞a*(FrameIn+FrameOut)，a在0到1之间，则为一个钻杆数量；

步骤五，钻孔深度根据分析的钻井钻杆数量可方便测量得知：Depth＝钻杆长度*钻井钻杆数量。

本发明的进一步改进包括：

所述步骤二还包括选择钻杆方向作为主运动方向，以避免复杂井下环境中多运动目标如工人运动等产生的干扰和遮挡情况，记录方向线段的参数。

如果均值漂移算法跟踪到的当前帧中目标的位置偏移到离在步骤二中选择的运动方向一定距离，则认为当前帧目标丢失，该帧结果无效，以持续运动的预测值为目标位置。

所述步骤三还包括通过灰度特征、梯度方向特征以及角点特征来判断目标模板和候选模型之间的相似性。

所述步骤三还包括定义目标区域，以目标区域几何中心为中心的3倍目标区域面积的领域区域为背景区域，计算区分度D来判断目标和背景的区分程度，的计算原则定义为其中Ha和Hb分别表示目标区域和背景区域的特征直方图